一种用于保护细菌抗紫外辐射的凝聚体及其制备方法和应用

本发明属于生物材料，具体涉及一种用于保护细菌抗紫外辐射的凝聚体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、液-液相分离是指原本均匀混合的溶液体系在特定条件下自发分离形成两个液相的现象，其中一相为高浓度的浓相，即凝聚体；另一相为低浓度的稀相。该现象的实质在于，溶液中的分子（如生物大分子）在达到临界浓度后，通过分子间的弱多价相互作用自发浓缩、聚集，最终从溶液中析出形成乳液状液滴。凝聚体即是通过液-液相分离形成的浓相液滴，具有典型的液态性质，表现为球形形态、液滴之间可发生融合、内部分子可快速扩散并与周围环境交换物质。

2、近年来研究表明，液-液相分离是细胞内无膜细胞器形成的关键机制。通过相分离，蛋白质和核酸等生物大分子在细胞内特定位置自发聚集，形成功能性凝聚体，从而将细胞空间划分为不同功能区域，且无需依赖脂质膜的包裹。此类凝聚体具有动态可逆性、功能特异性及环境响应性等特点。在正常生理条件下，相分离形成的凝聚体参与调控多种核心细胞过程，包括加速生化反应、信号转导、基因表达调控以及应激响应等。与此同时，相分离稳态失衡与多种疾病密切相关，例如神经退行性疾病中的异常蛋白聚集、癌症发生发展及免疫疾病等。

3、长期以来，液-液相分离被认为主要存在于真核细胞中。然而，现有技术研究发现，细菌同样可利用相分离形成生物分子凝聚体。在环境胁迫下（如氧化应激、营养缺乏或抗生素暴露），细菌可通过相分离形成凝聚体以提升环境适应性，包括保护关键蛋白免受不可逆失活或降解、激活蛋白质量控制体系以及诱导休眠状态以促进生存。在生理条件下，相分离也参与细菌的核心生命活动，包括质粒分配、染色体分离、转录调控、细胞分裂、dna复制与修复等。

4、基于上述原理，现有技术已尝试将相分离技术应用于多个领域。例如，有研究利用相分离在细菌细胞内形成转录凝聚体以保护合成基因回路中的关键分子；另有研究将相分离技术用于构建药物递送载体、开发蛋白或核酸转染试剂、设计肿瘤细胞显影探针以及构建污染治理的自适应材料等。

5、然而，现有技术中尚未见将液-液相分离形成的凝聚体用于保护细菌免受紫外线伤害的相关报道。紫外线照射可对细菌造成dna损伤、蛋白质变性及细胞膜破坏等多种伤害，尤其是在微生物制剂生产、储存及应用过程中，紫外辐射是影响细菌存活率的重要因素之一。因此，开发一种能够有效保护细菌免受紫外线伤害的方法具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一些不足，本发明提供了一种保护细菌抗紫外辐射的凝聚体及其制备方法和应用；本发明将具有紫外吸收功能的材料富集与凝聚体材料内部，得到所述保护细菌抗紫外辐射的凝聚体，将所述凝聚体粘附结合在细菌外部，能够形成局部高浓度的紫外吸收材料分布区，从而在紫外辐射环境下实现对细菌的有效隔离与保护；所述凝聚体对细菌毒性低，能够维持细菌良好的生理活性，展现出良好的生物相容性，具有很好的实用性。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、本发明首先提供了一种保护细菌抗紫外辐射的凝聚体的制备方法，所述制备方法包括：

4、将溶液a、紫外吸收材料溶液、去离子水混合均匀，然后向其中加入溶液b，继续混合均匀后再加入稳定剂溶液，在20～35℃条件下搅拌，得到所述凝聚体；

5、所述溶液a包括透明质酸钠溶液或植酸溶液；

6、所述溶液b包括壳寡糖溶液或壳聚糖溶液。

7、优选地，所述溶液a、紫外吸收材料溶液、去离子水、溶液b 和稳定剂溶液的体积比为20:1:200:20:1或60:1:200:40:200。

8、优选地，所述溶液a包括透明质酸钠溶液或ph值为5.0～5.5的植酸溶液；

9、当溶液a为植酸溶液时，浓度为20mg/ml；当溶液a为透明质酸钠溶液，浓度为10mg/ml。

10、优选地，所述紫外吸收材料溶液的浓度为10mg/ml，其中紫外吸收材料包括黑色素或黑素；

11、所述溶液b包括壳寡糖溶液或ph值为5.0～5.5的壳聚糖溶液，所述壳寡糖分子量为3000，壳聚糖分子量为30000；

12、所述溶液b的浓度为10mg/ml。

13、优选地，所述稳定剂溶液包括pbs溶液或葡聚糖溶液；所述葡聚糖溶液的浓度为1mg/ml，溶液中葡聚糖的分子量为50kda。

14、本发明还提供了上述制备方法制备得到的保护细菌抗紫外辐射的凝聚体，所述凝聚体包括凝聚体材料以及富集在凝聚体材料中的紫外吸收材料；

15、所述凝聚体材料包括壳寡糖-植酸凝聚体、壳聚糖-透明质酸钠凝聚体；

16、所述紫外吸收材料包括黑素或黑色素。

17、本发明还提供了上述凝聚体在保护细菌抗紫外辐射的应用。

18、优选地，所述细菌包括：荧光假单胞菌或枯草芽孢杆菌。

19、优选地，所述应用包括：将溶液a、紫外吸收材料溶液、去离子水混合均匀后加入到菌液中，然后向其中加入溶液b，继续混合均匀后再加入稳定剂溶液，在20～35℃条件下搅拌，得到细菌-凝聚体复合物。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、本发明所述凝聚体分别以壳寡糖与植酸为原料，透明质酸钠与壳聚糖为原料制备得到。利用壳寡糖分子链上暴露的游离氨基与植酸分子结构中所含的六个磷酸基团之间的静电相互作用，驱动液液相分离过程，从而自发形成凝聚体。该凝聚体进一步包覆于细菌表面，形成凝聚体-细菌复合结构。壳聚糖于酸性条件下质子化而带正电，透明质酸分子链上羧酸根离解而带负电，两者共混时可凭借分子间静电引力自发生成聚电解质复合物。该复合物表面保留有正电荷区域，能够与表面带负电荷的细菌细胞壁产生静电相互作用，从而实现复合物与细菌的有效结合。

22、经本发明所述方法制得的凝聚体具有优良的生物相容性，对生物体无毒害作用。体外细菌实验结果表明，所述壳寡糖-植酸凝聚体以及单独的壳寡糖和植酸原料均对细菌无显著细胞毒性，经处理后的细菌细胞活力均维持在90％以上。同时，本发明所述制备工艺绿色环保，无有害副产物产生，操作简便，成本低廉，适于规模化应用。壳聚糖（酸性条件下带正电）与透明质酸（带负电）之间的静电自组装特性，无需引入化学交联剂或有机溶剂，即可在温和水相条件下快速形成聚电解质复合物凝聚体，制备工艺简便、条件温和，具有良好的生物安全性及工艺兼容性。

23、与现有技术相比，本发明提供的细菌-凝聚体复合物具有更高的结构稳定性；且所述凝聚体通过液液相分离机制形成，显著增强了其在细菌表面的附着能力，从而实现对细菌的更有效保护。此外，尽管壳寡糖、植酸溶液各自具备一定的抑菌活性，但本发明所述壳寡糖-植酸凝聚体因其较低的有效浓度，显著降低了对细菌的潜在损伤。同时，所述凝聚体可通过富集具有紫外吸收特性的组分，有效屏蔽紫外辐射，从而进一步提升细菌在紫外暴露条件下的存活活性。

1.一种保护细菌抗紫外辐射的凝聚体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液a、紫外吸收材料溶液、去离子水、溶液b 和稳定剂溶液的体积比为20:1:200:20:1或60:1:200:40:200。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液a包括透明质酸钠溶液或ph值为5.0～5.5的植酸溶液；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外吸收材料溶液的浓度为10mg/ml，其中紫外吸收材料包括黑色素或黑素。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶液b包括壳寡糖溶液或ph值为5.0～5.5的壳聚糖溶液，所述壳寡糖分子量为3000，壳聚糖分子量为30000；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稳定剂溶液包括pbs溶液或葡聚糖溶液；所述葡聚糖溶液的浓度为1mg/ml，溶液中葡聚糖的分子量为50kda。

7.权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到的保护细菌抗紫外辐射的凝聚体，其特征在于，所述凝聚体包括凝聚体材料以及富集在凝聚体材料中的紫外吸收材料；

8.权利要求7所述得到凝聚体在保护细菌抗紫外辐射的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述细菌包括：荧光假单胞菌或枯草芽孢杆菌。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括：将溶液a、紫外吸收材料溶液、去离子水混合均匀后加入到菌液中，然后向其中加入溶液b，继续混合均匀后再加入稳定剂溶液，在20～35℃条件下搅拌，得到细菌-凝聚体复合物。